Le spectacle lumineux de Jupiter devient plus complexe
Le télescope James Webb a livré les premiers spectres infrarouges des points lumineux de l'aurore septentrionale de Jupiter créés par les lunes galiléennes de la planète, et les résultats remettent en question la compréhension que les scientifiques ont du fonctionnement de la magnétosphère de la géante gazeuse. Les observations révèlent que l'empreinte aurorale d'Io, la lune volcanique de Jupiter, est beaucoup plus variable en température et en densité que prévu.
Les aurores de Jupiter sont les plus puissantes du système solaire, générées par des particules chargées qui spiralent le long des lignes du champ magnétique immense de la planète et percutent l'atmosphère supérieure. Contrairement aux aurores terrestres, qui sont principalement entraînées par le vent solaire, celles de Jupiter sont alimentées largement par la matière éjectée de ses lunes — en particulier Io, qui crache environ une tonne de gaz dioxyde de soufre par seconde depuis sa surface volcanique.
L'empreinte aurorale d'Io sous le microscope
Chacune des quatre lunes galiléennes de Jupiter crée un point lumineux distinct dans l'aurore de la planète en se déplaçant dans la magnétosphère et en générant des perturbations électromagnétiques qui se propagent le long des lignes du champ magnétique jusqu'à l'atmosphère. L'empreinte d'Io est la plus brillante et la plus bien étudiée, visible dans les observations ultraviolettes depuis que le télescope spatial Hubble l'a détectée pour la première fois dans les années 1990.
Le spectrograpme infrarouge proche du JWST a observé ces empreintes avec un détail sans précédent, mesurant les raies d'émission de l'hydrogène moléculaire dans la plage de longueurs d'onde de trois à cinq micromètres. Ces raies spectrales sont sensibles à la fois à la température et à la densité du gaz atmosphérique excité par les particules chargées entrantes, fournissant des informations diagnostiques que les observations ultraviolettes seules ne peuvent pas fournir.
Les résultats ont montré que l'empreinte aurorale d'Io varie considérablement à la fois en température et en densité sur des échelles de temps de quelques heures à quelques jours. Les fluctuations de température couvrent une plage que les modèles magnétosphériques existants ne peuvent pas facilement expliquer, suggérant que l'interaction entre le tore de plasma d'Io et le champ magnétique de Jupiter est plus complexe et dynamique que ce qui était auparavant compris.
Ce qui pourrait entraîner la variabilité
Plusieurs hypothèses sont envisagées pour expliquer la variabilité extrême. Une possibilité est que les changements de la production volcanique d'Io — qui est connue pour fluctuer à mesure que différents centres volcaniques deviennent plus ou moins actifs — altèrent le taux auquel le plasma est injecté dans la magnétosphère, conduisant à des variations dans l'énergie déposée dans l'atmosphère de Jupiter.
Une autre hypothèse implique des événements de reconnexion magnétique dans la magnétosphère de Jupiter, analogues aux sous-orages qui produisent un renforcement auroral sur Terre. Si les lignes du champ magnétique se reconnectent périodiquement et libèrent l'énergie stockée, elles pourraient produire des rafales de précipitation de particules qui chauffent temporairement l'empreinte aurorale à des températures extrêmes.
Une troisième possibilité est que la variabilité reflète les changements dans le système d'ondes d'Alfven qui relie Io à l'atmosphère de Jupiter. Ces ondes électromagnétiques transportent l'énergie de la lune à la planète, et leur propagation dans l'environnement plasma complexe autour de Jupiter pourrait produire des fluctuations dans la puissance fournie.
Implications pour la science magnétosphérique
La magnétosphère de Jupiter est la plus grande structure du système solaire, s'étendant sur des dizaines de millions de kilomètres à partir de la planète. Elle sert de laboratoire naturel pour étudier les processus de plasma magnétisé qui se produisent dans tout l'univers, des autres planètes aux pulsars et aux noyaux galactiques actifs.
Les observations du JWST indiquent que même les meilleurs modèles actuels de la magnétosphère de Jupiter manquent de physique clé. La variabilité extrême de l'empreinte aurorale d'Io suggère des changements rapides et à grande échelle dans les conditions magnétosphériques que les modèles en régime permanent ne peuvent pas reproduire. Cette découverte motivera probablement de nouvelles générations de simulations dépendantes du temps qui capturent le couplage dynamique entre Io, le tore de plasma et l'atmosphère de Jupiter.
Empreintes d'Europe et Ganymède
Le JWST a également observé les empreintes aurorales d'Europe et de Ganymède, bien que celles-ci soient considérablement plus faibles que celle d'Io. L'analyse préliminaire suggère que ces empreintes sont plus stables, conformes aux taux de production de plasma plus faibles de ces lunes par rapport à Io volcaniquement actif. Cependant, l'empreinte de Ganymède présente quelques caractéristiques uniques liées à son propre champ magnétique intrinsèque — la seule lune du système solaire connue pour en posséder un.
Les observations ne représentent que le début de la contribution du JWST à la science de Jupiter. Les observations futures prévues au cours des prochaines années suivront les empreintes aurorales sur des échelles de temps plus longues, corrélant potentiellement les changements avec des événements volcaniques spécifiques sur Io ou la dynamique magnétosphérique observée par d'autres missions. L'engin spatial JUICE de l'ESA, actuellement en route vers Jupiter avec une arrivée prévue en 2031, fournira des mesures in-situ complémentaires qui pourraient aider à expliquer ce que le JWST voit de loin.
Cet article est basé sur le reportage d'Universe Today. Lire l'article original.
